(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から出射した光を試料上に導いて照野として照明する照明光学系と、
該照明光学系によって照明された照野により試料上にて発生した光を複数の方向から集光して該複数の方向ごとに検出信号を得る複数の検出光学系と、
該複数の検出光学系によって得られる複数の検出信号を処理して欠陥の存在を判定する信号処理部とを備えた欠陥検査装置であって、
前記試料のエッジグリップ部近傍を検査する際、前記信号処理部において前記試料のエッジグリップ部から発生する回折光が入射しない検出光学系から得られる検出信号を処理して欠陥の存在を判定することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項２】
光源から出射した光を試料上に導いて照野として照明する照明光学系と、
該照明光学系によって照明された照野により前記試料上にて発生した光を複数の方向から集光して該複数の方向ごとに検出信号を得る複数の検出光学系と、
該複数の検出光学系から得られる複数の検出信号を処理して欠陥の存在を判定する信号処理部とを備えた欠陥検査装置であって、
前記試料のエッジ部近傍及び前記試料のエッジグリップ部近傍を検査する際、前記信号処理部において前記試料のエッジ部近傍及び前記試料のエッジグリップ部から発生する回折光が入射しない検出光学系から得られる検出信号を処理して欠陥の存在を判定することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項３】
さらに、前記照明光学系により試料上に照明された照野の位置ずれ量を測定する照野位置ずれ測定手段を備え、前記照明光学系には、該照野位置ずれ測定手段で測定された照野の位置ずれ量に基づいて前記試料上に照明される照野の位置を補正する照野位置補正手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の欠陥検査装置。
【請求項４】
光源から出射した光を試料上に導いて偏光照明による照野として照明する照明光学系と、
該照明光学系によって照明された偏光照明による照野により前記試料上にて発生した光を複数の方向から集光して該複数の方向ごとに検出信号を得る複数の検出光学系と、
該複数の検出光学系から得られる複数の検出信号を処理して欠陥の存在を判定する信号処理部とを備えた欠陥検査装置であって、
前記試料のエッジ部近傍及び前記試料のエッジグリップ部近傍を検査する際、前記信号処理部において少なくとも前記試料のエッジ部近傍及び前記試料のエッジグリップ部から発生する回折光が入射しない検出光学系から得られる検出信号を処理して欠陥の存在を判定することを特徴とする欠陥検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板や薄膜基板等の試料の表面および端面に存在する微小な欠陥を高
感度でかつ高速に検査する欠陥検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板や薄膜基板等の製造ラインにおいて、製品の歩留まりを維持・向上するため
に、半導体基板や薄膜基板等の表面に存在する欠陥の検査が行われている。
【０００３】
該欠陥検査装置およびその方法の従来技術としては、特開平９−３０４２８９号公報（
特許文献１）、特開２００３−２４０７３０号公報（特許文献２）及び特開２００８−３
２６２１号公報（特許文献３）が知られている。
【０００４】
特許文献１には、ウェハの表面を基準とした仰角が３０度以下の角度の低角度受光系と
これよりも大きな仰角の高角度受光系とを設け、ウェハをレーザ光により走査して低角度
受光系と高角度受光系とがレーザ光の散乱光を受光して走査に対応して異物検出を行い、
同じ走査位置において前記高角度受光系のみで検出されたものを結晶欠陥とし、前記低角
度受光系で検出されたものを付着異物とするウェハ表面検査装置が記載されている。
【０００５】
また、特許文献２には、ウェハのエッジ部からの散乱光はエッジ部から法線方向に強い
指向性を有して分布し、ウェハのエッジ部に存在する異物等の欠陥からの散乱光は顕著な
指向性を示さない特性を利用して、１乃至複数の検出光学系を前記エッジ部からの散乱光
を受光しないように避けて（前記法線方向から外して）配置するか、または前記エッジ部
からの散乱光をフーリエ変換面に配置された空間フィルタで遮光することによって、前記
欠陥からの散乱光を検出器で検出する表面検査装置が記載されている。
【０００６】
また、特許文献３には、被検査体の表面に光ビームを走査しながら照射して、前記被検
査体からの散乱光を検出する表面検査装置において、前記光ビームの照射位置に対する前
記被検査体の相対的移動位置を検出する位置検出手段を備え、該位置検出手段によって検
出された前記光ビームの照射位置が前記被検査体のエッジ部に差し掛かる前に散乱光検出
用の検出器への前記散乱光の入射を遮る検出器遮蔽手段、又は前記位置検出手段によって
検出された前記光ビームの照射位置が前記被検査体のエッジ部に差し掛かる前に照射する
光ビームの光路を遮る光路遮断機構、又は前記位置検出手段によって検出された前記光ビ
ームの照射位置が前記被検査体のエッジ部に差し掛かる前に散乱光検出用の検出器の機能
を停止する検出器制御手段を備え、散乱光に引き起こされる検出器の劣化を低減すること
が記載されている。さらに、特許文献３には、前記光ビームが前記被検査体のエッジ部に
掛かる時に、エッジ部から生じる散乱光が前記検出器の方に向かって増大しない方向に前
記光ビームを走査して行くことが記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平９−３０４２８９号公報
【特許文献２】特開２００１−２５５２７８号公報
【特許文献３】特開２００８−３２６２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特に半導体基板等の製造において、基板の外周端部（以下エッジ部と呼ぶ）の近傍は、
異物の付着、膜の剥れなどによる不良が起きやすい。このようなエッジ部に発生する不良
に対して早期／事前に対処するためには、エッジ部での欠陥検査が必要とされている。し
かも基板の全面積のうち良品として確保できるチップの総面積を最大化することにより、
製造歩留りを向上させることが課題である。
【０００９】
しかしながら、特許文献１にはエッジ部での欠陥検査については考慮されていない。
【００１０】
また、特許文献２に記載された表面検査装置の場合、エッジ部から発生する指向性の強
い回折光を受光しないように避ける形で検出光学系を配置するか、またはエッジ部から発
生する指向性の強い回折光を空間フィルタで遮光して検出器で検出しないように構成して
いる。また、特許文献３に記載された表面検査装置の場合、位置検出手段によって検出さ
れた光ビームの照射位置が被検査体のエッジ部に差し掛かる前に、散乱光検出用の検出器
への散乱光（回折光）の入射を遮り、又は光ビームの光路を遮り、又は散乱光検出用の検
出器の機能を停止し、エッジ部からの散乱光（回折光）を検出しないように構成している
。
【００１１】
しかしながら、特許文献２および３は、基板の表面検査と同様に、基板のエッジ部近傍
を高速度で、且つ高感度に検査することについては十分考慮されていなかった。
【００１２】
本発明の目的は、半導体基板や薄膜基板等の基板の表面および端面に存在する微小な欠
陥を高感度でかつ高速に検査できるようにした欠陥検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
また、本発明は、光源から出射した光を試料上に導いて照野として照明する照明光学系と、該照明光学系によって照明された照野により試料上にて発生した光を複数の方向から集光して該複数の方向ごとに検出信号を得る複数の検出光学系と、この複数の検出光学系によって得られる複数の検出信号を処理して欠陥の存在を判定する信号処理部とを備えた欠陥検査装置であって、試料のエッジグリップ部近傍を検査する際、信号処理部において前記試料のエッジグリップ部から発生する回折光が入射しない検出光学系から得られる検出信号を処理して欠陥の存在を判定することを特徴とする欠陥検査装置。
【００１８】
また、本発明は、光源から出射した光を試料上に導いて照野として照明する照明光学系と、この照明光学系によって照明された照野により試料上にて発生した光を複数の方向から集光して複数の方向ごとに検出信号を得る複数の検出光学系と、この複数の検出光学系から得られる複数の検出信号を処理して欠陥の存在を判定する信号処理部とを備えた欠陥検査装置であって、試料のエッジ部近傍及び試料のエッジグリップ部近傍を検査する際、信号処理部において試料のエッジ部近傍及び試料のエッジグリップ部から発生する回折光が入射しない検出光学系から得られる検出信号を処理して欠陥の存在を判定するように構成することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明は、光源から出射した光を試料上に導いて偏光照明による照野として照明する照明光学系と、この照明光学系によって照明された偏光照明による照野により試料上にて発生した光を複数の方向から集光してこの複数の方向ごとに検出信号を得る複数の検出光学系と、この複数の検出光学系から得られる複数の検出信号を処理して欠陥の存在を判定する信号処理部とを備えた欠陥検査装置であって、試料のエッジ部近傍及び試料のエッジグリップ部近傍を検査する際、信号処理部において少なくとも試料のエッジ部近傍及び試料のエッジグリップ部から発生する回折光が入射しない検出光学系から得られる検出信号を処理して欠陥の存在を判定するように構成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、基板の表面検査と同様に、基板のエッジ部近傍を高感度に検査するこ
とが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る欠陥検査装置の一実施の形態を示す全体概略構成図である。
【図２】本発明に係る試料上の照野の走査方法を示す模式図である。
【図３】本発明に係る各検出光学系の概略構成を示す図である。
【図４】（ａ）は本発明に係る各検出光学系が散乱光を検出する角度範囲を示す説明図であり、（ｂ１）及び（ｂ２）は本発明に係る複数の検出光学系の配置を示す模式図である。
【図５】（ａ）（ｂ）は本発明に係る照度分布制御方法を示す模式図であり、（ｃ）〜（ｅ）は本発明に係る照度分布制御素子の構成を示す図である。
【図６】本発明に係る照明光学系によって実現される照度分布を示す図である。
【図７】本発明に係る信号処理部を構成するアナログ処理部の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明に係る信号処理部を構成するデジタル処理部の構成を示すブロック図
【図９】本発明に係る照野をウェハのエッジ部近傍を走査した際、ウェハのエッジ部において発生する散乱光及び回折光を説明する断面及び平面図である。
【図１０】（ａ）は本発明に係るウェハのエッジ部から発生するエッジ回折光が入射される検出光学系を示す図であり、（ｂ）（ｃ）は本発明に係るデジタル処理部のヘイズ処理部でモニタするエッジ回折光の強度信号波形を照明光の照度分布に対応させて示す図である。
【図１１】本発明に係るエッジ回折光が入射する検出光学系におけるエッジ回折光を遮光する遮光手段の一実施の形態を示す構成図である。
【図１２】（ａ）は本発明に係るウェハを保持するエッジグリップを示す断面図であり、（ｂ）は本発明に係るエッジグリップから発生する回折光を説明する平面図、（ｃ）（ｄ）は本発明に係るエッジグリップから発生する回折光が入射される検出光学系を示す平面図である。
【図１３】（ａ）は本発明に係るＰ偏光照明した場合のエッジおよびエッジグリップにおいて発生する回折光の検光（偏光フィルタ）を示す図であり、（ｂ）は本発明に係るＳ偏光照明した場合のエッジおよびエッジグリップにおいて発生する回折光の検光（偏光フィルタ）を示す図である。
【図１４】本発明に係る照野位置ずれ測定手段（ウェハ断面形状プロファイル計測手段）の一実施例を示す構成図である。
【図１５】本発明に係る照野位置補正手段の一実施例を示す構成図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明の実施形態の構成を図１で説明する。照明光学系１０１、検出光学系１０２ａ、
１０２ｂ、ウェハ１を載置可能なステージ１０３、信号処理部１０５、全体制御部５３、
表示部５４から構成される。
【００２８】
照明光学系１０１はレーザ光源２、アッテネータ３、偏光素子４、ビームエキスパンダ
７、照度分布制御素子５、反射ミラーｍ１、ｍ２、集光光学系（集光レンズ）６より構成
される。レーザ光源２から射出されたレーザ光は、アッテネータ３で所望のビーム強度に
調整され、偏光素子４で所望の偏光状態に調整され、ビームエキスパンダ７で所望のビー
ム径に調整され、反射ミラーｍおよび集光レンズ６を介して、ウェハ１の被検査領域に照
明される。照度分布制御素子５は、ウェハ１上における照明の強度分布を制御するために
用いられる。図１では照明光学系１０１がウェハ１の法線に対して傾斜した斜方から光を
照射する構成を示したが、図１に図示しない別の光路を経由してウェハ１の表面に対して
垂直に光を照射することも可能であり、照明の角度は検査対象に応じて切替えることが可
能である。
【００２９】
レーザ光源２としては、ウェハ表面近傍の微小な欠陥を検出するには、短波長の紫外ま
たは真空紫外のレーザビームを発振し、かつ出力１Ｗ以上の高出力のものが用いられる。
ウェハ内部の欠陥を検出するには、可視あるいは赤外のレーザビームを発振するものが用
いられる。
【００３０】
ステージ１０３は、ステージ制御部５５、並進ステージ１１、回転ステージ１０、Ｚス
テージ（図示せず）からなる。図２に、ウェハ１上の照明領域（照野２０）と、回転ステ
ージ１０および並進ステージ１１の運動による走査方向との関係およびそれによりウェハ
１上に描かれる照野２０の軌跡を示す。図２では、照明光学系１０１における照度分布制
御あるいは斜方からの照明によって、１方向に長くそれに直交する方向に短い楕円形状に
形成された照野２０の形状を示す。照野２０は、回転ステージ１０の回転運動によって、
回転ステージ１０の回転軸を中心とした円の円周方向Ｓ１に、ステージ１１の並進運動に
よって、ステージ１１の並進方向Ｓ２に走査される。照野２０の長手方向が走査方向Ｓ２
と平行となり、かつ走査方向Ｓ２の走査によって回転ステージ１０の回転軸を照野２０が
通過するように、照明光学系１０１が構成される。Ｚステージの移動は、ウェハ１の高さ
、すなわちウェハ１表面の法線方向の移動に対応する。以上の構成において、走査方向Ｓ
１の走査によりウェハを１回転する間に、走査方向Ｓ２の走査を照野２０の長手方向の長
さ以下の距離だけ行うことにより、照野がらせん状の軌跡Ｔを描き、ウェハ１の全面が走
査される。
【００３１】
検出光学系１０２ａと１０２ｂは互いに異なる方位、角度に発生する散乱光あるいは回
折光を集光して検出するよう構成される。図３に検出光学系１０２ａの構成を示す。検出
光学系１０２ｂの構成要素は検出光学系１０２ａと共通であるため説明は省略する。図７
（ｂ）を用いて後述するように、広い角度範囲の散乱光を検出するため、２つの検出光学
系１０２ａ、１０２ｂ以外に図１に図示していない、互いに異なる複数の検出光学系が配
置される。
【００３２】
検出光学系１０２ａは、集光結像系８、偏光フィルタ１３、およびセンサ（検出器）９
から構成される。偏光フィルタ１３は集光結像系８の光軸Ａ上へ着脱および検光方位の回
転が可能であり、ノイズ要因となるウェハラフネス等による散乱光成分、エッジによる回
折・散乱光成分を低減する目的で用いる。
【００３３】
照野２０の像は集光結像系８によりセンサ９上に結像される。微弱な異物散乱光の検出
を可能にするため、センサ９として、光電子増倍管、アバランシェフォトダイオード、イ
メージインテンシファイアと結合した半導体光検出器などが用いられる。
【００３４】
次に、本発明に係る複数の検出光学系１０２ａ、１０２ｂによって検出される散乱光の
角度成分の関係について図４を用いて説明する。図４（ａ）は各検出光学系が散乱光を検
出する角度範囲を示す説明図で、赤道面がウェハ表面に対応し、ウェハ表面の法線方向を
天頂とする半球で示し、走査方向（並進方向）Ｓ２を基準とする検出光学系１０２の光軸
の方位角（経度）をφ、天頂からの角度をθとする。検出光学系１０２によって検出され
る角度範囲は、半球状の領域Ｒによって示され、これを赤道面に平行な面に平行投影して
表示したのが図４（ｂ１）（ｂ２）である。図４（ｂ１）（ｂ２）には、各検出光学系１
０２が検出する角度範囲を斜線の網掛けで示している。図４（ｂ１）（ｂ２）に示すよう
に、検出光学系１０２を複数備えて広い角度範囲をカバーするように構成することにより
様々な種類の欠陥を検出することが可能である。また、欠陥種や欠陥寸法によって、欠陥
散乱光の角度分布が異なるため、様々な角度の散乱光強度を複数の検出光学系１０２によ
って同時に検出し、後述する信号処理部１０５によって処理することで、様々な欠陥種の
分類や欠陥寸法の推定を高精度で行うことが可能である。
【００３５】
図４（ｂ１）は数十ｎｍオーダーの微小寸法から数百ｎｍオーダーの大寸法の異物を検
査するのに適した検出光学系１０２を配置した場合の一実施例を示した図である。微小異
物の散乱光は、Ｐ偏光照明を行った場合には、低角度に強く出る。そのため、複数の検出
光学系１０２により低角度散乱光成分を全方位に亘って検出することで、ごく微小な欠陥
の検出が可能である。さらに、検出光学系１０２により高仰角に出る散乱光成分を検出す
ることで、高角度の散乱光が強く出る結晶欠陥（ＣＯＰ：Crystal Originated Particle
）等のへこみ欠陥も高感度に検査することができる。図４（ｂ２）は個々の検出光学系の
ＮＡを大きくとる検出光学系１０２を配置した場合の一実施例を示した図である。このよ
うに、個々の検出光学系のＮＡを大きくとることで、より微弱な散乱光まで検出すること
ができ、より微小寸法の欠陥の検出に適する。
【００３６】
いずれの構成でも、複数の検出光学系１０２によって広い角度範囲の散乱光を捉えるこ
とで、欠陥によって出る方向が異なる散乱光を検出し、多種の欠陥をロバストに検出する
ことができる。さらに、低仰角と高仰角の散乱光成分を個別に検出することで、異物等の
凸欠陥と、ＣＯＰやスクラッチなどの凹欠陥とを同時に検出し、分類することが可能であ
る。
【００３７】
次に、本発明に係る照明光学系１０１における照度分布制御素子５の構成と照度分布の
制御方法とについて図５及び図６を用いて説明する。図５（ａ）は照度分布制御素子５と
して透過型光学素子を用いた場合の構成を示す図である。即ち、レーザ光源２から発し、
前述の照明光学系１０１の構成により所望の強度、偏光、ビーム径に調整されたレーザ光
４１は、照度分布制御素子５を透過し、集光光学系６を介してウェハ１上に導かれる。照
度分布制御素子５は全体制御部５３からの信号を受けたコントローラ１４より制御される
。図５（ｂ）は照度分布制御素子５として反射型光学素子を用いた場合の構成を示す図で
ある。また、照度分布制御素子５としては、透過する光の光軸に垂直な面内の、二次元的
（図５（ｃ）に示す）、あるいは一次元的（図５（ｄ）に示す）な位置ごとに、透過する
光の強度あるいは位相を変化させる機能を有する光学素子を用いる。そして、照度分布制
御素子５の光透過面の像を集光光学系６によりウェハ１上に結像される構成とすることで
、照度分布制御素子５により変調された光強度分布の相似形がウェハ１上に投影される。
集光光学系６から光軸とウェハ１の上面との交点までの距離、および集光光学系６から照
度分布制御素子５の透過面までの距離を共に集光光学系６の焦点距離と等しくすることで
、照度分布制御素子５の光透過面における光振幅分布のフーリエ変換像がウェハ１上に投
影される。このような構成とすることにより、照度分布制御素子５により与えられる透過
率および位相分布に応じた照度分布がウェハ１上に形成される。さらに集光光学系６とし
てシリンドリカルレンズを用いることで、上記作用を１軸のみに作用させ、もう一方の軸
方向にはレーザ光（照明光）を集光させて、走査方向（並進方向）Ｓ２には照度分布制御
素子５により与えられる透過率および位相分布に応じた照度分布を与え、走査方向（円周
方向）Ｓ１には短い領域のみを照明することが可能となる。ところで、レーザ光源２から
発するレーザ光の照度分布は実質的にガウス分布であるため、照度分布制御素子５を特に
作用させない場合には、ビームエキスパンダ７及び集光レンズ６により形状が決まるガウ
ス分布のレーザビームがウェハ上に投影される。
【００３８】
上記のように与えられる透過率分布あるいは位相分布が固定な照度分布制御素子５とし
ては、回折光学素子（ＤＯＥ）、ホモジナイザー（非球面レンズ、マイクロレンズアレイ
、光ファイババンドル、または中空パイプの内面に反射コーティングを施したもの（図５
（ｅ）に示す））などがある。また、照度分布制御素子５を、全体制御部５３に接続され
たコントローラ１４によって制御される動的に可変な空間光変調素子（ＳＬＭ：Spatial 
Light Modulator）で構成することによって、照野２０がウェハ１を走査する前後あるい
は走査している間に、照度分布が任意の形状になるよう動的に制御、調整される。動的に
可変な空間光変調素子の透過型のものとしては、液晶素子、磁気光学空間光変調素子など
があり、反射型のものとしては、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）、グレーテ
ィングバルブ（ＧＬＶ）、ＬＣＯＳ等の反射型液晶素子などがある。
【００３９】
次に、上記構成により形成される照度分布の実施例について図６を用いて説明する。図
６（ａ）にはレーザ光源２の照度分布が反映された実質的にガウス分布を示し、図６（ｂ
）には照度分布制御素子５としてホモジナイザーなどを用いて均一な照度分布を形成した
場合を示す。図６（ｂ）に示す均一な照度分布は、高照度レーザ照射によるウェハに対す
る熱ダメージを抑えつつ、欠陥からの散乱光量を最大化して高感度検査を実現するのに適
する。図６（ｃ）には均一照度分布に対して中央の照度を落とした分布を示す。均一照度
分布をしたときに発生する温度上昇が照度分布の中央で極大となり、そこでウェハに対す
る熱ダメージが発生する可能性があるため、図６（ｃ）に示す照度分布は、それを回避し
つつ、高感度を実現するのに適した分布である。
【００４０】
次に、本発明に係る、広い角度範囲をカバーする複数の検出光学系によって同時に検出
される様々な角度の散乱光強度信号に基づいて様々な欠陥種の分類や欠陥寸法の推定を高
精度に行う信号処理部１０５について説明する。
【００４１】
まず、信号処理部１０５を構成するアナログ処理部５１について図７を用いて説明する
。ここでは簡単のため検出光学系を検出光学系１０２ａ、１０２ｂの２系統備えた場合の
アナログ処理部５１の構成について説明する。センサ（検出器）９ａ、９ｂの各々から出
力された信号電流は、プリアンプ部５０１ａ、５０１ｂにより各々電圧に変換されて増幅
される。該増幅されたアナログ信号は、さらにローパスフィルタ５１１ａ、５１１ｂによ
り高周波数のノイズ成分がカットされ、その後、ローパスフィルタ５１１ａ、５１１ｂの
カットオフ周波数より十分高いサンプリングレートを備えたアナログ−デジタル変換部（
Ａ／Ｄ変換部）５０２ａ、５０２ｂで、デジタル信号に変換されて出力される。
【００４２】
次に、信号処理部１０５を構成するデジタル処理部５２について図８を用いて説明する
。アナログ処理部５１からの各々の出力信号は、デジタル処理部５２において、ハイパス
フィルター６０４ａ、６０４ｂの各々により欠陥信号６０３ａ、６０３ｂの各々が抽出さ
れ、欠陥判定部６０５に入力される。欠陥は照野２０によりＳ１方向に走査されるため、
欠陥信号の波形は照野２０のＳ１方向の照度分布プロファイルを拡大縮小したものとなる
。従って、ハイパスフィルター６０４ａ、６０４ｂの各々により、欠陥信号波形の含まれ
る周波数帯域を通し、ノイズが相対的に多く含まれる周波数帯域および直流成分をカット
することで、欠陥信号６０３ａ、６０３ｂのＳ／Ｎが向上する。各ハイパスフィルター６
０４ａ、６０４ｂとしては、特定のカットオフ周波数を持ちその周波数以上の成分を遮断
するよう設計されたハイパスフィルター、あるいはバンドパスフィルター、あるいは欠陥
信号の波形と相似形を成すＦＩＲフィルタを用いる。欠陥判定部６０５は、ハイパスフィ
ルター６０４ａ、６０４ｂの各々から出力された欠陥波形を含む信号の入力に対してしき
い値処理を行い、欠陥の有無を判定する。即ち、欠陥判定部６０５には、複数の検出光学
系からの検出信号にもとづく欠陥信号が入力されるので、欠陥判定部６０５は、複数の欠
陥信号の和や加重平均に対してしきい値処理を行うか、または複数の欠陥信号に対してし
きい値処理により抽出された欠陥群についてウェハの表面に設定された同一座標系でＯＲ
やＡＮＤを取ることなどにより、単一の欠陥信号に基づく欠陥検出と比較して高感度の欠
陥検査を行うことが可能となる。
【００４３】
更に、欠陥判定部６０５は、欠陥が存在すると判定された箇所について、その欠陥波形
と感度情報信号に基づいて算出されるウェハ内の欠陥位置を示す欠陥座標および欠陥寸法
の推定値を、欠陥情報６０７として全体制御部５３に提供して表示部５４などに出力する
。欠陥座標は欠陥波形の重心を基準として算出される。欠陥寸法は欠陥波形の積分値を元
に算出される。
【００４４】
さらに、アナログ処理部５１からの各々の出力信号は、デジタル処理部５２を構成する
ハイパスフィルター６０４ａ、６０４ｂに加えて、ローパスフィルター６０１ａ、６０１
ｂの各々に入力され、ローパスフィルター６０１ａ、６０１ｂの各々において、ウェハ上
の照野２０における微小ラフネスからの散乱光量（ヘイズ）に対応する周波数の低い成分
および直流成分が出力される。このようにローパスフィルター６０１ａ、６０１ｂの各々
からの出力はヘイズ処理部６０６に入力されてヘイズ情報の処理が行われる。即ち、ヘイ
ズ処理部６０５は、ローパスフィルター６０１ａ、６０１ｂの各々から得られる入力信号
の大きさからウェハ上の場所ごとのヘイズの大小に対応する信号をヘイズ信号として出力
する。また、微小ラフネスの空間周波数分布に応じてラフネスからの散乱光量の角度分布
が変わるため、図８に示したように、互いに異なる方位、角度に設置された複数の検出光
学系１０２の各検出器（各センサ）９からのヘイズ信号をヘイズ処理部６０６への入力と
することで、ヘイズ処理部６０６からはそれらの強度比などから微小ラフネスの空間周波
数分布に関する情報を得ることができる。
【００４５】
ところで、レーザビームの一部がウェハのエッジ部の凸形状にかかると非常に強い回折
光が発生し、該発生した非常に強い回折光が広い立体角をカバーする検出光学系１０２の
検出器９に入射するため、検出器９が飽和し、検査が不可能となる。また、過大光の入力
により検出器９が劣化、破損する事態も発生しうる。また、強い回折光は、エッジ部にお
いてウェハを保持するグリップの形状によっても発生する。
【００４６】
そこで、本発明は、ウェハのエッジ部近傍の欠陥検査において、エッジ部近傍における
エッジ回折光強度を検出光学系４１及び信号処理部１０５においてモニタし、エッジ回折
光が入射する検出光学系４１の検出器のみを遮光し、遮光の必要の無い他の検出光学系１
０２の検出器９を用いて異物の付着、膜の剥れなどによる不良が起きやすいエッジ部近傍
まで高感度の欠陥検出を行ってウェハの全面積のうち良品として確保できるチップの総面
積を最大化することにより歩留まりを向上させるように構成した。次に、本発明の特徴と
する構成の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００４７】
まず、本発明に係る照野２０がウェハのエッジ部近傍を走査する際、ウェハのエッジ部
からの回折光及び散乱光の出方について図９を用いて説明する。図９（ａ）はウェハを上
から見た図であり、走査Ｓ１およびＳ２により照野２０がウェハの中央から順に走査され
てウェハのエッジ部近傍に近づいた（差し掛かる）状態を示す。図９（ｂ）は照野２０が
ウェハのエッジ部近傍に近づいたウェハの１（断面）を示す。一般にウェハエッジの傾斜
部３１はベベルと呼ばれ、端面３２はアペックスと呼ばれている。ここではレーザ光の照
度分布２１をガウス分布と仮定し、模式的に示した。照度分布の裾野がエッジ部に差し掛
かると、エッジ部、特にベベル境界の角の部分で、エッジ部以外の表面の微小ラフネス散
乱光などと比較して強い回折光及び散乱光２２が発生する。これは、ナノメートルからオ
ングストロームオーダの微小ラフネスと比べて、ベベル部境界の角の凹凸のスケールがミ
クロンオーダ以上と非常に大きいためである。エッジ部にて発生する回折光及び散乱光の
角度分布を図９（ｃ）に模式的に示す。図９は、図４にて説明した検出光学系の方位、角
度表示方法に従う。円周方向の走査Ｓ１および並進方向の走査Ｓ２によるらせん走査によ
り、ベベル境界線は常に照明方向に対して直交している。従って、図９（ｃ）に示すよう
に、照明光の入射方向、正反射光の出射方向２３および天頂を通る面内の方向にエッジ回
折光２４が発生する。さらにベベル部境界およびベベル部にラフネスや表面あれが存在す
るため、これによる散乱光２５が図９（ｃ）に示すように回折光２４の周りに現れる。
【００４８】
ところが、エッジ回折光２４は大強度のため、検出光学系１０２のセンサ（検出器）９
に直接入射すると、センサ９の劣化や故障を起こす場合が考えられる。
【００４９】
そこで、本発明の特徴とするセンサ９の劣化や故障を回避する方法の実施の形態につい
て図１０及び図１１を用いて説明する。
【００５０】
まず、エッジ回折光強度のモニタ手段について図１０を用いて説明する。検出光学系１
０２の配置としては、図４（ｂ１）に示した配置の場合について説明する。図１０（ａ）
に示すように、エッジ回折光２４は複数の検出光学系のうち一部（エッジ回折光が入射す
る検出光学系をエッジ回折光検出光学系４１とする）４１に入射される。その結果、エッ
ジ回折光検出光学系４１の検出器９で検出された検出信号は信号処理部１０５を構成する
アナログ処理部５１を通り、デジタル処理部５２のローパスフィルター６０１から図１０
（ｂ）（ｃ）に示すエッジ回折光強度信号が得られることになる。なお、図１０（ｂ）は
、図６（ａ）に示す照明光（レーザ光）の照度分布がガウス分布の場合を示し、図１０（
ｃ）は、図６（ｂ）に示す照明光（レーザ光）の照度分布が均一照度分布（かつ、中心か
ら離れた際の照度の落ち込みが急峻な分布）の場合を示す。図１０（ｂ）に示すエッジ回
折光強度信号は、照明光の照度分布がガウス分布のため、照野２０がエッジ部に近づくに
つれて強くなる。他方、図１０（ｃ）に示すエッジ回折光強度信号は、照明光の照度分布
が均一照度分布のため、照野２０がエッジ部に近づくと急峻に強くなる。しかも半径方向
（並進方向）の走査Ｓ２は円周方向の走査Ｓ１に対して速度が遅いため、エッジ回折光強
度信号の時間変化は緩やかであり、例えばヘイズ処理部６０６は検出光学系４１のヘイズ
信号、すなわちローパスフィルター６０１通過後の信号を観測することでエッジ回折光強
度信号を観測することができる。従って、例えばヘイズ処理部６０６は、検出光学系４１
のヘイズ信号の強度が予め定めた遮光開始しきい値を超えたかどうかを判定し、超えたと
ころで、後述する図１１に示す遮光手段によって強いエッジ回折光の検出光学系４１のセ
ンサ９への入射を遮光することで、エッジ回折光によるセンサ９へのダメージを回避する
ことが可能となる。
【００５１】
ところで、図１０（ｃ）に示す照明光の照度分布が均一照度分布の場合は、図１０（ｂ
）に示す照明光の照度分布がガウス分布の場合（一点鎖線で表示）と比較して、ビーム中
心から離れた位置での照度が小さい（照度分布の裾野が短い）ため、エッジ部近傍領域Ｒ
ｅにおいて、エッジ部から発生する回折光及び散乱光が弱く抑えられる。このため、照明
光の照度分布が均一照度分布の場合は、エッジ部近傍領域Ｒｅにおいてもウェハ表面と同
様の高感度な検査が可能となる。
【００５２】
次に、エッジ検出光学系４１の遮光手段について図１１を用いて説明する。エッジ検出
光学系４１は検出光学系１２０の構成に加え、遮光シャッタ１５を備えた構成となってい
る。遮光シャッタ１５は、デジタル処理部５２において観測されるエッジ回折光強度信号
が予め定めた遮光開始しきい値を超えたと判定された信号を基に遮光シャッタコントロー
ラ１６から得られる電気的な切替信号によって、遮光と光透過との切替えが行われる。遮
光シャッタ１５としては、機械式シャッタ、液晶フィルタ、電気光学素子、音響光学素子
などが用いられる。遮光シャッタコントローラ１６は、図１０に示した処理に基づきデジ
タル処理部５２から出力されるエッジ部回折光強度が一定強度を越えたかどうかの判定信
号を受け、エッジ部回折光強度が一定強度を越えたときに遮光シャッタ１５を遮光状態に
切替えるような信号を出力する。以上により、エッジ部近傍のエッジ回折光による過大光
入射が問題になる状況でのみ、センサ保護のための遮光を行うことが可能になる。
【００５３】
次に、本発明に係るウェハを保持するエッジグリップの実施の形態について図１２を用
いて説明する。即ち、ウェハ裏面の汚染や異物付着を避けるために、エッジ部を外から押
さえて保持するエッジチャックが用いられる。このようにエッジチャックにおいてウェハ
のエッジに接触して該エッジを保持する部分がエッジグリップ８１と呼ばれる。該エッジ
グリップ８１を真上から見た状態および断面の模式図を図１２（ａ）に示す。エッジグリ
ップ８１の形状において、走査方向Ｓ１すなわちウェハ円周方向と実質的に等しい方向の
辺（稜）（図１２（ａ）に太線で図示）をエッジグリップ稜８３、走査方向Ｓ２すなわち
ウェハ直径方向と実質的に等しい方向の辺（稜）をエッジグリップ稜８２とする。そして
、照明光が当たるエッジグリップ表面とウェハ表面とが成す角、すなわちエッジグリップ
稜８２とウェハ表面とが成す角をφｅとする。図１２（ａ）に示したように、エッジグリ
ップ８１はアペックス３２より内側にせり出しているため、エッジ部近傍の検査をする場
合には、エッジグリップ８１にて生じる回折光及び散乱光も高感度検査を阻害する要因と
なる。
【００５４】
ところで、照野２０がウェハのエッジ部近傍に近づいた際には、エッジ部と同様に、エ
ッジグリップ８１からも散乱光及び回折光が発生する。ここで、照明光の一部が当たるエ
ッジグリップ８１の表面およびエッジグリップ稜８２、８３が、凹凸が小さくなるよう研
磨されていれば、回折光に対して散乱光の強度が弱くなり、エッジグリップ部８１から発
生する光のうちエッジグリップ稜８２、８３からの回折光８５、８６が支配的となる。図
１２（ｂ）にはエッジグリップ稜８２、８３による回折光８５、８６の出射方向を、図４
（ａ）にて説明した検出光学系の方位、角度表示方法にて示す。エッジグリップ稜８３は
、ウェハのエッジ境界と同じ方向のため、エッジグリップ稜８３からのエッジグリップ回
折光８６は、図１２（ｂ）に示すように、エッジ回折光２４と同様に、照明光の入射方向
、エッジグリップ表面正反射光の出射方向２３’および天頂を通る面内の方向に出射され
る。一方、エッジグリップ稜８２はエッジグリップ稜８３と直交する方向であるため、エ
ッジグリップ回折光８５は、図１２（ｂ）に示すように、エッジグリップ表面正反射光の
出射方向２３’を通りエッジグリップ回折光８６に直交する形で出射される。従って、エ
ッジグリップ回折光８５の出射方向は、図１２（ｂ）の表示にて、円の中心（天頂方向＝
ウェハ法線方向が対応）から円周（天頂から９０度の方向に対応）の距離を１としたとき
のエッジグリップ表面正反射光の出射方向２３’の位置に対応するｋの値によって定まり
、この値は以下の計算により求められる。照明光の入射角をφｉとすると、エッジグリッ
プ表面正反射光２３’の出射角度はφｉ−２φｅとなる。図４（ａ）に示した定義より、
ｋ＝ｓｉｎ（φｉ−２φｅ）となる。以上より、エッジグリップ８１の形状（例えばφｅ
等）および照明光の入射角φｉの選択によって、エッジグリップ回折光８５の出射方向ｋ
を選択することができる。
【００５５】
図１２（ｃ）には、エッジグリップ回折光が入射する検出光学系の数を最小化するｋ１
の値を選択した実施例を示す。図１２（ｃ）に示すようにｋ１の値を選択した場合には、
エッジグリップ回折光８５は検出光学系８７のみに入射する。即ち、検出光学系８７は図
９（ｃ）に示すエッジ回折光２４および図１２（ｂ）に示すエッジグリップ回折光８６も
入射する方向にある（エッジ回折光検出光学系４１はエッジグリップ回折光検出光学系８
７を含む。）。従って、エッジ部近傍およびエッジグリップ近傍において、エッジ回折光
検出光学系４１を図１０及び図１１に示した手段により選択的に遮光することで、エッジ
回折光検出光学系４１のセンサへのダメージを回避し、かつ他の検出光学系による欠陥検
出を行うことができる。
【００５６】
図１２（ｄ）は、エッジグリップ回折光８５がいずれの検出光学系にも入射しないｋ２
の値を選択した実施例を示す。この実施例にするには、照明光の入射角φｉを大きくする
（即ち低仰角の照明を行う）ことと、φｅを小さくする（即ちエッジグリップ稜の角度を
ウェハ表面と平行に近づける）ことが有効である。そこで、何れの検出光学系にもエッジ
グリップ回折光８５を入射させないためには例えばｋ２＞０．９５とする必要があり、そ
のためには（φｉ−２φｅ）＞７２度とする必要がある。そのため、φｉ＝７０度ならば
φｅ＜−１度、φｉ＝８０度ならば、φｅ＜４度となるような形状のエッジグリップを用
いる。当然エッジグリップ形状をもとに照明光の入射角φｉを設定してもよい。
【００５７】
以上説明したようにエッジ回折光検出光学系４１のセンサへのダメージを回避し、かつ
他の検出光学系によってエッジ部近傍およびエッジグリップ近傍までの広い面積に亘って
高感度の欠陥検出を行ってウェハの全面積のうち良品として確保できるチップの総面積を
最大化することにより歩留まりを向上させることが可能となる。
【００５８】
次に、本発明に係るウェハのエッジ部近傍から発生して検出光学系４１に入射されるエ
ッジ回折光２４及びエッジ部を押さえて保持するエッジグリップ８１から発生して検出光
学系４１（検出光学系８７を含む）に入射されるエッジグリップ回折光８６を検光（偏光
フィルタ）によって除去する実施の形態について図１３を用いて説明する。
【００５９】
即ち、細かいラフネス上の微小欠陥を検出する際には、図１に示す照明光学系１０１に
より斜方からＰ偏光照明がウェハ１に対して入射される。照明光の入射面（照明光の入射
方向とウェハ法線を含む面）内から見れば、Ｐ偏光斜方照明による電場の振動は入射面と
平行な方向のみであるため、入射面内の方向に発する散乱光・回折光の振動方向も入射面
と平行な方向となる（図１３（ａ）では横方向）。そのため、上記エッジ回折光２４及び
上記エッジグリップ回折光８６が入射される検出光学系４１（検出光学系８７を含む）に
おいて、この方向の偏光を遮断するような偏光フィルタ１３を用いることで、エッジ回折
光２４及びエッジグリップ回折光８６を遮光することができる。
【００６０】
他方、比較的粗いラフネス上の欠陥を検出する際には、図１に示す照明光学系１０１に
より照明光としてＳ偏光斜方照明が用いられる。この場合、ウェハのエッジ部近傍から発
生するエッジ回折光２４及びエッジグリップ８１から発生するエッジグリップ回折光８６
の偏光方向は、Ｐ偏光斜方照明によるエッジ回折光２４及びエッジグリップ回折光８６の
偏光方向と直交する方向となる（図１３（ｂ）では縦方向）。そのため、上記エッジ回折
光２４及び上記エッジグリップ回折光８６が入射される検出光学系４１（検出光学系８７
を含む）において、この方向の偏光を遮断するような偏光フィルタ１３を用いることで、
上記エッジ回折光２４及び上記エッジグリップ回折光８６を遮光することができる。
【００６１】
以上説明したように、細かいラフネス上の微小欠陥を検出する場合と比較的粗いラフネ
ス上の欠陥を検出する場合との各々において、検出光学系４１（検出光学系８７を含む）
に、照明偏光とクロスニコルになるように検光子（偏光フィルタ）１３を配置することで
、エッジ回折光２４およびエッジグリップ回折光８６を選択的に遮光することができる。
このとき、検出光学系４１（検出光学系８７を含む）において、欠陥からの散乱光は欠陥
の形状や材質によって偏光状態が乱れるため、偏光フィルタ１３を透過して検出される。
勿論、他の検出光学系には検光子１３が配置されないので、エッジ部近傍およびエッジグ
リップ近傍までの広い面積に亘って欠陥を高感度で検出することが可能となる。
【００６２】
次に、本発明の特徴としているウェハ表面のずれ（傾斜角度ずれ及び高さずれ）による
照野の位置ずれを補正して照野が検出光学系の視野から外れて検査感度が低下することを
防止する照野位置ずれ測定手段（エッジ断面形状プロファイル計測手段）及び照野位置補
正手段について図１４及び図１５を用いて説明する。図１４は本発明に係る照野位置ずれ
測定手段（ウェハ断面形状プロファイル計測手段）の一実施の形態を示す概略構成図であ
り、図１５は本発明に係る照野位置補正手段の一実施の形態を示す概略構成図である。と
ころで、照明光による正反射光の出射角度及び出射位置（例えば２３、２３’）は、ウェ
ハ表面（エッジ近傍も含め）の傾斜角度及び高さの変化によって変化することになる。そ
こで、本発明に係る照野位置ずれ測定手段（ウェハ断面形状プロファイル計測手段）は、
図１４に示すように、焦点距離ｆの集光レンズ２０３と、位置検出器２０４と、ハーフミ
ラー２０１と、位置検出器２０２と、処理回路２０５とを備えて構成される。上記集光レ
ンズ２０３は、照明光の正反射光が通過する光路上でウェハ表面からの距離がｆより十分
大となる位置に設置される。上記位置検出器２０４は、上記集光レンズ２０３から距離ｆ
の位置に検出面が設置され、ウェハ表面の傾斜角度及び高さの変化による正反射光の角度
変化（角度ずれ）を位置の変化として検出する。上記位置検出器２０２は、上記ハーフミ
ラー２０１によって折り返された正反射光の光路上に設置され、正反射光の角度ずれと該
正反射光のウェハ上における出射位置のずれ（即ち照野２０の位置ずれ）とを合わせて検
出する。上記処理回路２０５は、上記位置検出器２０２によって検出された正反射光の角
度ずれ及び照野２０の位置ずれから、位置検出器２０４によって検出された正反射光の角
度ずれを差し引く処理を行うことで、照野２０の位置ずれ量を算出する。そして、処理回
路２０５で得られた照野２０の位置ずれ信号は全体制御部５３に入力されて、ｓｉｎ（φ
ｉ）で除算することでウェハ表面の高さの変化量に変換される。全体制御部５３はさらに
走査方向（並進方向）Ｓ２の走査位置Ｒごとにウェハ表面高さの変化量を記録することで
、ウェハ表面からエッジ部にかけてのウェハ断面形状プロファイルが求められる。このよ
うに全体制御部５３で得られたウェハ断面形状プロファイルは表示部５４に例えばグラフ
として表示される。
【００６３】
ところで、ウェハ表面の高さずれによって照野２０の位置がずれて検出光学系の視野か
ら外れると、検査感度が低下することになる。これを防ぐために、照野位置ずれ測定手段
（ウェハ断面形状プロファイル計測手段）で得られる照野２０の位置ずれ測定値に基づき
、図１５に示す照野位置補正手段により照野の位置を補正する必要がある。即ち、照明光
学系１０１に備えられた照野位置補正手段は、照明光学系１０１の光路中に、ビーム偏向
素子２１１、集光レンズ２１２及びミラー２１３（ｍ２）を設置して構成される。照明光
はビーム偏向素子２１１により角度制御を受けたのち、ミラー２１３（ｍ２）にて反射し
、ウェハ１上に導かれる。そして、照野位置補正コントローラ２１４によってビーム偏向
素子２１１による偏向の大きさを制御することで、ビーム位置が制御される。即ち、照野
位置補正用コントローラ２１４は、処理回路２０５（全体制御部５３も含む）から得られ
た照野２０の位置ずれ量（位置ずれ測定値）に基づき、照野位置を元に戻すようビーム偏
向素子２１１を制御することにより、各検出光学系の散乱光検出角度範囲に対する照野２
０の位置、即ち正反射光の出射角度及び出射位置（例えば２３、２３’）は、ウェハ表面
（エッジ近傍も含め）の傾斜角度及び高さの変化に合うように補正され、その結果検出光
学系４１（検出光学系８７を含む）においてはエッジ回折光２４及びエッジグリップ回折
光８６を遮光し、他の検出光学系においてはエッジ回折光２４及びエッジグリップ回折光
８５、８６の入射をなくして広い角度範囲で散乱光を検出してウェハの表面検査と同様に
、ウェハのエッジ部近傍を高感度に検査することが可能となる。
【００６４】
以上説明したように、本発明に係る実施の形態によれば、エッジ形状プロファイル計測
手段及び照野位置補正手段を備え、ウェハ表面のずれ（傾斜角度ずれ及び高さずれ）によ
る照野の位置ずれ、即ち正反射光の出射角度及び出射位置（例えば２３、２３’）のずれ
を補正することにより、特定の検出光学系においてはエッジ回折光及びエッジグリップ回
折光を遮光し、他の検出光学系においては検出器がカバーしている角度範囲を広げ、しか
も浅い焦点深度のトレードオフで空間分解能・解像度を高くして検査感度を高めることが
可能となる。即ち、本発明に係る実施の形態によれば、照明光学系１０１による微小レー
ザビームスポットの走査と複数の検出光学系１０２による広い立体角で高集光効率の散乱
光検出とを行うことで、ウェハの表面検査と同時に、ウェハのエッジ部近傍について数百
ｎｍから数十ｎｍオーダーの欠陥を検出可能な高感度検査を実現している。
【符号の説明】
【００６５】
１…ウェハ、２…レーザ光源、３…アッテネータ、４…偏光素子、５…照度分布制御素子
、６…集光レンズ、７…ビームエキスパンダ、８…集光結像系、９…センサ、１０…並進
ステージ、１１…回転ステージ、１３…偏光フィルタ、１４…コントローラ、１５…遮光
シャッタ、１６…シャッタコントローラ、２０…照野、３１…ベベル、３２…アペックス
、４１…エッジ回折光検出光学系、５１…アナログ処理部、５２…デジタル処理部、５３
…全体制御部、５４…表示部、８１…エッジグリップ、１０１…照明光学系、１０２…検
出光学系、１０３…ステージ、１０５…信号処理部、２０２…位置検出器、２０３…集光
レンズ、２０４…位置検出器、２０５…処理回路、２１１…ビーム偏向器、２１２…集光
レンズ、２１４…視野位置補正コントローラ、５０１ａ，ｂ…プリアンプ部、５０２ａ，
ｂ…Ａ／Ｄ変換部、５１１ａ，ｂ…ローパスフィルター、６０１ａ，ｂ…ローパスフィル
ター、６０４ａ，ｂ…ハイパスフィルター、６０５…欠陥判定部、６０６…ヘイズ処理部
、Ｓ１…走査方向、Ｓ２…走査方向、Ｒｅ…エッジ部近傍領域。
【図１】
0005668113.tif 000002
【図２】
0005668113.tif 000003
【図３】
0005668113.tif 000004
【図４】
0005668113.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0005668113.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0005668113.tif 000011
【図１１】
0005668113.tif 000012
【図１２】
0005668113.tif 000013
【図１３】
0005668113.tif 000014
【図１４】
0005668113.tif 000015
【図１５】
0005668113.tif 000016